基于多个软件综合应用的塑料件逆向设计

刘军华

摘要：以冰箱冷藏室收纳盒为案例，使用三维扫描仪获取三维数据，通过塑料件产品注塑工艺分析与客户沟通产品装配的关系，制订合理的坐标系调整和逆向设计方案。在GOM lNSPECT软件中调整产品坐标系，最后在NXIO.O软件中完成逆向设计。

关键词：NXIO.O;塑料件;逆向设计;冰箱

中图分类号：U462

文献标识码：A

DOI： 10.15913/j.cnki.kjycx.2019.08.057

1 冰箱冷藏室收纳盒工艺和结构分析

本收纳盒是扣在冰箱冷藏室门板上用于储藏饮料等罐装食品的透明收纳盒，是使用聚苯乙烯（PS）制作的收纳盒，呈淡蓝色，具有表面光洁、透明，平整度好，壁厚均匀等特点。收纳盒底部为平面度较高的平面，产品是对称结构，左右对称，见图1.由于该产品是配合件的一部分，因此安装孔位和两端的卡槽位置相对比较重要。而其他部分均是出于美观设计出的圆角样式，因此要求不高。整个产品壁厚较为均匀，因此只需要测量其外部形状即可获得其整体尺寸。

2 三维测量数据的获取

对于此类塑料产品，建议选用三维扫描仪作为测量工具，获得其全部外部数据，用于分析产品的结构对称性、安装位置和样式圆角等特征的尺寸。表面喷涂显像剂对产品的尺寸影响基本可以忽略不计。该产品尺寸约为250 mmx120 mmx150 mm，但局部有较小的安装孔和卡槽，不宜选用镜头过大的三维扫描仪，单幅扫描尺寸在200 mmx200 mm、分辨率在200万左右较为适宜。扫描完成后，通过扫描控制软件将其输出为STL数据。

3 冰箱收纳盒坐标系调整

GOM Inspect是一款免费的三维检测和网格处理软件，不仅可用于分析三维点云的形状及尺寸，而且还可作为视读软件供用户查看测量结果和CAD数据。专门为需要处理和评估三维数据的用户而设计，可保证测量数据的可溯源性，广泛应用于质量控制、产品研发和生产阶段的三维测量数据分析和数据调整。启动GOM Inspect软件后，通过导人命令输入STL文件，完成冰箱盒的输入。在图2中可以看出工作区坐下角的坐标系和STL文件的坐标系是不一致的，需要调整。否则，在导入三维软件建模时会比较困难。

通过工艺分析和客户沟通的结果，确立使用底部平面为第一优先基准，确立坐标系的第一优先基准，背部平面确定坐标方向，两端面的中分面作为坐标原点。使用三平面结合在软件中的“3-2-1”命令逐步建立坐标系，如图2所示。

因为STL数据无法直接应用于坐标系调整和产品建模，所以，需要在软件中构建坐标系的平面对象。使用GOMInspect软件的平面拟合命令，逐步构建出用于构建坐标系的三个平面，在此软件中通过按住鼠标左键并拖动，旋转该文件;向前滚动滚轮放大，调整底部平面面向设计者;按住鼠标滚轮拖动平移文件到合适位置。在工作区空白处单击鼠标右键，在弹出的菜单中选择曲面选择命令，在冰箱盒底部选择合适的区域用于拟合平面1。在拟合的过程中，软件根据所选区域内的所有点，通过高斯拟合的方式综合计算，拟合出平面1，而且在平面拟合对话框中可以查看最大偏差和标准偏差，直观且易于操作。使用同样的方法构造出背部平面2和两端面3和4，通过平面3和4构造一个中分面5，借助此平面5可以将坐标系定在收纳盒的正中间。

隐藏不需要的扫描数据、平面3和4，仅仅显示用于调整坐标系的平面1、2和5，执行软件的“3-2-1”对齐命令，按住“CTRL”，在平面1上单击三次，构造ZI、22、23三个点。其次按住“CTRL”，在平面2上单击两次，构造Yl、Y2两个点。再次按住“CTRL”，在平面5上单击一次，构造X点，单击确认完成坐标系调整;显示出调整好坐标系的STL数据，将其重新输出，用于下一步的建模操作。

4 基于NXlO.O软件的逆向造型设计

4.1 逆向方案总体设计

冰箱收纳盒聚苯乙烯PS，收缩率较低，且该产品是对称结构，塑件有脱模角度、有侧抽，脱模方向是底部平面的法线方向。根据以上几点，在逆向设计过程中应当将产品设计成关于中心基准面的对称结构;根据产品实际情况给出脱模角度;主体可以通过拟合平面、截面曲线、拉伸等命令画出大体结构，按照先加后减的方式建立产品模型;使用孔、圆角等命令完成细节设计。

4.2 收纳盒主体结构设计

启动NXIO.O软件，通过导人命令将调整好坐标系的STL数据导人到NX软件中，此时STL数据的坐标系和软件的绝对坐标系是一致的，可以直接用于造型设计。

在NXIO.O软件中，综合应用“截面曲线”“草图”“拉伸”“网格面”“直接建模”等众多建模命令，结合塑料模具工艺分析，根据总体设计方案，设计出产品的主体结构。在设计过程中，通过“图层”“显示和隐藏”等命令合理管理建模数据，净化设计空间，快速完成逆向造型设计。

4.3 收纳盒细节和对称结构设计

重复使用相关实体建模命令，完成冰箱冷藏室收納盒一端的挂孔、导向滑动轨道等细节设计，最后将完成细节设计后的模型文件，利用中心对称的基准平面将无用端修剪掉，然后使用软件的“镜像体”命令将完成好的一端，镜像复制到另一端，完成整个收纳盒的对称造型设计，如图3所示。

5 设计总结

在整个冰箱冷藏室收纳盒逆向设计的过程中使用了扫描仪控制软件获得全面的三维扫描数据，使用GOM Inspect软件调整产品坐标系，使用具有强大建模功能的NXIO.O软件完成逆向造型设计，结合该产品成型工艺，通过综合使用各软件的特长功能，快速达到了设计目的，设计出了符合客户要求的产品三维模型，方便客户进行进一步的创新设计。

参考文献：

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[2]管永刚.基于Geomagic Studio的游戏手柄逆向工程研究[J].电脑知识与技术，2011 （34）.

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